Zalecany rozmiar tunelu aerodynamicznego zgodnie z Eurokodem (EN 1991-1-4)

Artykuł techniczny na temat analizy statyczno-wytrzymałościowej w programach Dlubal Software

  • Baza informacji

Artykuł o tematyce technicznej

Rozmiar domeny obliczeniowej (rozmiar tunelu aerodynamicznego) jest ważnym aspektem symulacji wiatru, który ma znaczący wpływ na dokładność, a także na koszt symulacji CFD.

W ostatnich latach wzrosło zainteresowanie wykorzystaniem CFD do projektowania konstrukcji podatnych na działanie wiatru. Wynika to z faktu, że postęp w zakresie mocy obliczeniowej komputerów sprawił, że rozwiązanie skomplikowanych problemów z przepływem stało się stosunkowo niedrogie. Rozmiar domeny obliczeniowej (rozmiar tunelu aerodynamicznego) jest ważnym aspektem symulacji wiatru, który ma znaczący wpływ na dokładność, a także na koszt symulacji CFD.

Podstawowe równania przepływu są dyskretyzowane i rozwiązywane w objętościowym regionie poza modelem budynku, zwanym domeną obliczeniową (rysunek 1). Granice typowego prostopadłościanu mają łącznie sześć granic. Te granice, z wyjątkiem dna domeny, nie są w zasadzie fizyczne; dlatego ich wpływ na powierzchnię przepływu jest źródłem błędów symulacji (zwanych dalej błędami domeny). Ważne jest, aby niefizyczne granice ustawić wystarczająco daleko od konstrukcji i zminimalizować ich duży wpływ na wyniki. Koszt obliczeń modelu może wzrosnąć, jeśli granice zostaną ustawione zbyt daleko. Rozmiar domeny obliczeń należy zoptymalizować, mając na uwadze zarówno koszt obliczeń, jak i dokładność rozwiązania [1].

Zgodnie z zaleceniami dotyczącymi najlepszych praktyk obliczeniowej inżynierii wiatrowej (CWE) [2] [3] dla dokładności rozwiązania znaczenie ma domena obliczeniowa o odpowiednim rozmiarze. Zalecenia te łączą błędy domenowe z podobnymi problemami występującymi w badaniach w tunelu aerodynamicznym, takimi jak efekty blokowania w domenach o ograniczonym przekroju poprzecznym oraz sztuczne przyspieszanie przepływu lokalnego w domenach o zbyt małej odległości między granicami domen a modelem budynku. Dlatego do dokładnego określenia wymagań dotyczących wielkości stosuje się minimalną odległość między granicami obszaru a modelem budynku oraz maksymalne współczynniki blokowania lub kombinację obu tych wartości [3.

Oto przykład kształtu walca Eurokodu [4], w którym brane są pod uwagę dwa różne wymiary domeny. Pierwszy przypadek (rys. 2) to domyślne ustawienie RWIND, które jest mniej dokładne, ale szybsze, a drugi to zalecany rozmiar tunelu aerodynamicznego (rys. 3), który jest dokładniejszy, ale również wiąże się z większymi kosztami obliczeń. Na przykład, standardowy rozmiar tunelu aerodynamicznego wymaga "23 minut" do zakończenia symulacji CFD, podczas gdy zalecany rozmiar tunelu aerodynamicznego wymaga "42 minut" do zakończenia symulacji ""(~80% wzrost kosztów obliczeń)"". Należy również pamiętać, że symulacja została przeprowadzona przez CPU: Procesor Intel(R) Xeon(R) Gold 6248R @ 3,00 GHz128 GB RAM dla 1000 iterations.

Wykres współczynnika parcia wiatru (Cp) (rys. 4) pokazuje, że rozmiar obszaru obliczeń może odgrywać ważną rolę w dokładności wyników, szczególnie dla obszaru nadciśnienia. Schematyczny zalecany rozmiar tunelu aerodynamicznego w zakresie aerodynamiki pokazano na rysunku 6 [5]. Punktem krytycznym jest zwrócenie uwagi na wartości pola ciśnienia w pobliżu wlotu prędkości; powinny być optymalnie bliskie zeru (rys. 5).

Autor

Mahyar Kazemian, M.Sc.

Mahyar Kazemian, M.Sc.

Marketing i inżynieria produktu

Pan Kazemian jest odpowiedzialny za rozwój produktów i marketing oprogramowania Dlubal, w szczególności programu RWIND 2.

Literatura

[1]   Abu-Zidan, Y., P. Mendis, and T. Gunawardena, Optimising the computational domain size in CFD simulations of tall buildings. Heliyon, 2021. 7(4): p. e06723.
[2]   Franke, J., et al. Best practice guideline for the CFD simulation of flows in the urban environmental summary. in 11th Conference on Harmonisation within Atmospheric Dispersion Modelling for Regulatory Purposes, Cambridge, UK, July 2007. 2007. Cambridge Environmental Research Consultants.
[3]   Blocken, B., Computational Fluid Dynamics for urban physics: Importance, scales, possibilities, limitations and ten tips and tricks towards accurate and reliable simulations. Building and Environment, 2015. 91: p. 219-245.
[4]   EN 1991-1-4 (2005) (English): Eurocode 1: Actions on structures - Part 1-4: General actions - Wind actions [Authority: The European Union Per Regulation 305/2011, Directive 98/34/EC, Directive 2004/18/EC]
[5]   Zhang, C., et al., Wind pressure coefficients for buildings with air curtains. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 2020. 205: p. 104265.

Skomentuj...

Skomentuj...

  • Odwiedziny 2198x
  • Zaktualizowane 5. maja 2023

Kontakt

Skontaktuj się z firmą Dlubal

Masz dodatkowe pytania lub potrzebujesz porady? Zachęcamy do bezpłatnego kontaktu z nami drogą mailową, poprzez czat lub forum lub odwiedzenia naszej strony (FAQ).

+48 (32) 782 46 26

+48 884 794 700

[email protected]

RWIND

Program samodzielny

RWIND 2 to program (cyfrowy tunel aerodynamiczny) do numerycznej symulacji przepływu wiatru wokół budynków o dowolnej geometrii wraz z określeniem obciążeń wiatrem na ich powierzchniach. Może być używany jako samodzielny program albo z programem RFEM lub RSTAB do przeprowadzenia pełnej analizy statyczno-wytrzymałościowej i wymiarowania.

Cena pierwszej licencji
2 750,00 EUR
RWIND

Program samodzielny

RWIND 2 to program, który wykorzystuje cyfrowy tunel aerodynamiczny do numerycznej symulacji przepływu wiatru.

Cena pierwszej licencji
3 750,00 EUR